Displays im Auto Wie OLED und MicroLED das Fahrerlebnis verändern werden

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Die Displaytechnik im Automobilmarkt befindet sich im Umbruch. Moderne Fahrzeuge integrieren Kombi-Instrumente, Fond-Entertainment- und Infotainment-Systeme mit LC- und OLED-Displays. Mit der MicroLED gibt es einen dritten Player: Sie vereinen die Vorteile von OLED und LED.

Derzeit erlebt der Automobilmarkt dynamische Entwicklungen. Das Fahrerlebnis wird zunehmend durch die Verschmelzung von digitaler und physischer Welt bestimmt, was neue Anwendungsfelder und Nutzererlebnisse eröffnet. Gleichzeitig werden die eingesetzten Anzeigetechniken weiterentwickelt. Die generierten Informationen müssen verarbeitet werden, was sich in unterschiedlichen Darstellungsmöglichkeiten und individueller Gestaltung der Benutzerschnittstellen widerspiegelt.

Verschiedene Display-Techniken als Kombi- und Infotainment-Systeme

In modernen Fahrzeugen sind Kombi-Instrumente sowie Fond-Entertainment- und Infotainment-Systeme weit verbreitet. Die Designer setzen zunehmend auf verschiedene Display-Techniken wie Multi-Modul-, Pillar-to-Pillar- (Panoramadisplays), 3D-, Head-up- und auch ShyTech-Displays (verborgene Displays, die nur bei Bedarf sichtbar werden). Die Nutzeransprüche steigen: Sie erwarten mehr Auflösung, Kontrast, Farbintensität, schnellere Aktualisierungsraten und bessere Interaktionsmöglichkeiten. Informationen sollen präzise adressiert und in Echtzeit abgerufen werden können. Schnelle, flexible, programmierbare und reproduzierbare Designs sind das Ziel.

Die Entwicklung der Displayformen geht von Flachbildschirmen über gekrümmte, faltbare bis hin zu rollbaren Versionen. Weitere Aspekte sind Recyclingfähigkeit und Energieeffizienz bei längerer Lebensdauer. Insgesamt geht der Trend zu größeren Displays: Die durchschnittliche Größe von Automotive Displays steigt bis 2027 von 7,5 auf 9,5 Zoll [1]. Die Kombination von Sicherheit, Benutzerfreundlichkeit und Komfort steht dabei im Vordergrund.

Drei Displaytechniken dominieren: LC-Display, OLED und MicroLED

Für den Einsatz im Fahrzeug kristallisieren sich drei Displaytechnologien heraus: LCD, OLED in seinen Unterarten und zunehmend MicroLED. Während OLEDs im Fahrzeug immer beliebter werden und LC-Displays in vielen Anwendungen verdrängen, beginnen sich erste Hersteller intensiv mit der MicroLED-Technologie zu beschäftigen. LC-Displays punkten mit erprobter Technik und einer soliden Zulieferkette. Für ihre Herstellung werden Farbfilter, Flüssigkristalle, TFT-Backplanes und Hintergrundbeleuchtungen benötigt. Neueste Technologien wie hochpräzise Lithographie, Kupfer für höhere Bildwiederholraten, besseren Kontrast, höhere Übertragungsraten und Helligkeit sowie bessere Blickwinkel kommen in den Produktionsstätten zum Einsatz.

Die OLED-Technik eignet sich hervorragend für Anzeigen in Armaturenbrettern, Beleuchtungen, digitalen Rückspiegeln und Head-up-Displays. Im Gegensatz zu LC-Displays benötigen OLEDs keine Hintergrundbeleuchtung oder Filter, um eine hohe Bildqualität zu gewährleisten. Dadurch wird ein höherer Kontrast erzielt, was zu einer besseren Lesbarkeit bei wechselnden Lichtverhältnissen führt.

AMOLED-Displays sind flexibel und bieten mehr Designfreiheit

Im Gegensatz zu den schon länger eingesetzten PMOLED-Displays (Passive Matrix), die mit einer vereinfachten Ansteuerung und ohne Speicherkondensatoren arbeiten und daher in der Displaygröße begrenzt sind, werden AMOLED-Displays (Active Matrix) von einem TFT angesteuert und enthalten Speicherkondensatoren, welche die Farbbildung der Pixel konstant halten. Da sich beliebige Displaygrößen und Auflösungen realisieren lassen, haben sie sich sehr schnell im Consumer-Markt durchgesetzt und erobern nun auch den Automobilmarkt. Nicht zuletzt eröffnet ihre Flexibilität neue Möglichkeiten, wie beispielsweise gekrümmte Displays. Damit haben OEMs eine größere Designfreiheit und können Displays in unterschiedliche Anwendungen verbauen. Im Vergleich zu LCDs weisen OLED-Displays jedoch eine geringere Lebensdauer auf, was im anspruchsvollen automobilen Umfeld problematisch sein kann und der Grund dafür ist, dass LCDs noch nicht vollständig ersetzt wurden.

Die MicroLEDs im Vergleich zu LC- und OLED-Displays

Die In-Pixel-Architektur eröffnet neue Wege für QD-OLED- und MicroLED-Displays und verbessert das Wiedergabeergebnis durch innovative Farbtechniken. Materialien wie Perowskite, Quantenpunkte und Phosphor werden zur Farbkonvertierung eingesetzt. Die ultraschmalbandige Emission von Hyperfluoreszenz deckt 95 Prozent des Farbraums ab und erzielt Farbsättigung ohne Effizienzverlust. Die MicroLED-Technik basiert auf einer Anordnung von mikroskopisch kleinen Leuchtdioden, die jeweils einzelne Pixel bilden. Die selbstleuchtenden, dimmbaren und komplett abschaltbaren MicroLEDs ähneln in dieser Hinsicht OLED- und Plasmabildschirmen. Anders als bei LCDs benötigen sie keine Hintergrundbeleuchtung. Im Gegensatz zu OLEDs, die aus organischen Molekülen bestehen, basieren MicroLEDs auf nichtorganischem Indiumgalliumnitrit. Die Struktur der MicroLEDs beträgt wenige Mikrometer, was eine hohe Pixeldichte ermöglicht.

MicroLEDs vereinen alle Vorteile der bestehenden Bildschirmtechnik, wie eine um den Faktor vier höhere Lebensdauer als OLED, stabile hohe Helligkeit, bessere Kontraste und haben, bis auf die zurzeit noch hohen Herstellungskosten wenig Nachteile. Allerdings benötigen sie komplexere Backplanes. Im Gegensatz zu OLEDs haben MicroLEDs eine Reaktionszeit im Nanosekundenbereich, was insbesondere bei Bewegtbild-Sequenzen einen großen Unterschied ausmacht. Insgesamt hat diese Technik viele Vorteile. Sie bietet eine breite Farbskala, einen geringen Stromverbrauch, eine hohe Leuchtdichte und Kontrast sowie eine verlässliche Stabilität bei einem breiten Spektrum an Betriebstemperaturen. Sie ist widerstandsfähiger gegen Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit, Sonneneinstrahlung, Temperatur und Vibration. Die Herstellungskosten mögen noch immer relativ hoch sein, aber für den Automotive-Sektor wird sie immer attraktiver, da sich damit Transparenz hervorragend realisieren lässt.

Der Einsatz von Head-up-Displays in einem schwierigen Umfeld

Ein interessantes Anwendungsbeispiel für Transparenz sind Head-up-Displays. Trotz schwieriger Umgebungsbedingungen und Temperaturschwankungen müssen die projizierten Informationen gut sichtbar und die Hardware funktionsfähig sein. Die angeforderten Bilder werden mithilfe einer reflektierenden Folie auf der Innenseite der Windschutzscheibe oder mittels eines transparenten Combiners auf dem Armaturenbrett in das Blickfeld des Fahrers projiziert. Es gibt einen Nachteil, der sich jedoch beseitigen lässt. Da bei MicroLEDs jeder Pixel individuell ansteuerbar ist, kann es im Gesamtbild zu großen Unregelmäßigkeiten in der Farbwiedergabe und der Helligkeit kommen. Das Ziel im Produktionsprozess ist es, eine hohe Gleichmäßigkeit und Qualität zu erreichen, um Ausschuss und Produktionskosten zu senken und eine breite Marktfähigkeit zu erlangen. Noch ist die Fehlersuche komplex und kostspielig. Um wettbewerbsfähig zu werden, müssen die Matrizengrößen ohne größere Effizienz-Verluste kleiner werden.

Displays bieten ein neues und sicheres Fahrgefühl

Klug konzipierte Displays sind unverzichtbar in einer zunehmend digitalisierten Welt. Sie liefern nützliche Informationen, die ein völlig neues und sicheres Fahrgefühl ermöglichen. Die LC-Displays sind eine bewährte, robuste und langlebige Technik, die ein leistungsfähiges User-Interface bietet. Nachteile sind die im Vergleich zu modernen Techniken schlechtere Bildqualität und Einschränkungen bei der Realisierung größerer Formate. Im Gegensatz dazu kennen OLED-Displays, insbesondere AMOLED, diese Begrenzungen nicht und erzeugen eine bessere Bildqualität. Allerdings sind ihre Lebensdauer und Skalierbarkeit begrenzt.

MicroLED vereinen die Vorzüge von OLED und LED in Bezug auf Bildqualität, Helligkeit, Format und Lebensdauer. Die Fertigungskomplexität ist zwar noch hoch, jedoch wird die technische Reife stetig verbessert. Es ist jedoch zu beachten, dass auch die OLED-Technik sich weiterentwickelt und Effizienz und Helligkeit erhöht, wie zum Beispiel durch die neuen QD-OLED. Die Lieferkette für MicroLEDs ist zweifellos komplexer als die für bestehende Techniken. Trotz der derzeitigen volatilen Rahmenbedingungen wird in den nächsten Jahren ein exponentielles Wachstum erwartet [2]. Die Multi-Displays von VIA optronics passen sich flexibel den Marktanforderungen an. Die Einzeldisplays interagieren miteinander und bieten dem Nutzer eine intuitive User-Experience. Sie kombinieren Touch-Funktionen mit dreidimensionalen Elementen und eignen sich als Spiegel-Ersatz-Systeme oder als Infotainment-Displays im Cockpit (Bild 2).

Eine breite Palette interaktiver Displays

Antolin und VIA optronics werden sich auf die Konzeption, Entwicklung und Produktion integrierter Anzeigesysteme für den Fahrzeuginnenraum konzentrieren, einschließlich Cockpits, Bodenkonsolen und Kopfstützen. Antolin wird durch die Zusammenarbeit das Know-how von VIA beim Optical Bonding, Touch-Sensing-Lösungen und Kameramodule für die Automobil-, Industrie- und Unterhaltungselektronikbranche nutzen. Ziel ist es, eine breite Palette interaktiver Displays anzubieten, die eine verbesserte visuelle Leistung, höhere Berührungsempfindlichkeit und bessere Integration in den Fahrzeuginnenraum bieten. Somit können Automobilherstellern intuitivere und ansprechendere Benutzeroberflächen schaffen.

Interview Jürgen Eichner, VIA optronics

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Referenzen

[1] S&P Global 2023.

[2] SID Displayweek 2023 - MicroLED summary 2023.

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